Universidad de las Ciencias Informáticas Facultad 9
Análisis de una solución BSS/CRM para un sistema IPTV.
TRABAJO DE DIPLOMA PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE INGENIERO EN CIENCIAS INFORMÁTICAS
Autor:
Jean Luis Luque Ramírez.
Tutor:
Ing. Yoandrys S. Pacheco Jeréz.
Ciudad de La Habana, Junio de 2010.
“Año 52 de la Revolución”
I DEDICATORIA
A mi mamá, por ser ejemplo de tesón y fuerza para vivir, guía de mis primeros pasos, y por ser la mejor madre del mundo.
A mis hermanos, Yadián y Lois, y al bebé que está por nacer, para que les sirva de impulso e inspiración.
A mi novia Nayda, por todo el apoyo, la confianza, el optimismo, por ser más de lo que un día soñé, te amo princesita linda.
A mis abuelos Nena y Nito, y en especial a los que ya no están, Antonio y Juana.
AGRADECIMIENTOS A mi tutor, por el apoyo.
A los profesores de los que aprendí algo, y a los que aunque sea intentaron enseñarme.
A Dios o al destino, por la oportunidad de hacerme ingeniero.
A mi mamá y a mi novia, otra vez, por la confianza, y por sobrevivir a mis cambios de humor. Si no fuera por ustedes no hubiera podido levantarme otra vez…
A todos los que interactuaron conmigo todos estos años, a los que lo agradecen y a los que no, gracias. A la gente del “mundo”, al Chino, Yasmany, Friky. A la gente del zoológico que fue mi apartamento de 5to, al Yano, al Mellao y al Bin. A los compas del doble, a Badboy el “father”. A la gente de la mechadera en las escaleras, a Gilberto el que más barras hacía.
A la persona que no puedo mencionar pero a la cual debo hoy poder estar aquí atacándome con estos agradecimientos.
II DECLARACIÓN DE AUTORÍA
Por este medio declaramos que soy el único autor de este trabajo y autorizo a la Universidad de las Ciencias Informáticas (UCI) para que hagan el uso que estimen pertinente del mismo.
Para que así conste firmo la presente a los __ días del mes de junio del 2010.
____________________________ ____________________________
Jean Luis Luque Ramírez. Yoandrys S. Pacheco Jeréz.
Autor Tutor
DATOS DE CONTACTO
TUTOR: Ing. Yoandrys Silverio Pacheco Jeréz.
Ingeniero en Ciencias Informáticas
Graduado en la Universidad de las Ciencias Informáticas en Julio de 2007 Profesor Instructor – UCI
Facultad 9
Dirección: Universidad de las Ciencias Informáticas (UCI), Edificio: 119, Apto: 119106
Teléfono Oficina: +53 – 7 – 8373780 Teléfono Apto: +53 – 7 – 8372752 E-mail: [email protected]
III RESUMEN
El avance vertiginoso de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones y el cada vez más rápido crecimiento del volumen de información que sobre distintos temas existe actualmente en el mundo, conducen a una mayor utilización de los sistemas de apoyo al negocio (Business Support Systems, o BSS por sus siglas en inglés). No se trata únicamente de que las aplicaciones funcionen internamente de una manera correcta, sino de lograr que el usuario final se vea como centro del negocio, pues es él precisamente el medidor que expresará en niveles de satisfacción el uso de estas tecnologías. Se aconseja utilizar a la par de los sistemas BSS, filosofías de desarrollo de software en las que el usuario sea el principal objeto a complacer en todo momento, como la CRM (Customer Relationship Management, o gestión de las relaciones con el cliente).
En el campo de la televisión que se ofrece usando protocolo IP (IPTV), estas necesidades se hacen cada vez más evidentes, dado que el mercado es uno de los más competentes y variables en el campo de las telecomunicaciones, y donde el servicio personalizado a los clientes es el que se impone. En la Universidad de las Ciencias Informáticas (UCI) se ha creado un Grupo de Desarrollo de Componentes con el cual se pretende abordar, investigar, e implementar soluciones relativas a estos temas avanzados de los cuales en Cuba y en la propia Universidad se conoce muy poco, pero existen investigaciones e interés en estas tecnologías, debido a las prestaciones que puede ofrecer en principio a la comunidad universitaria, y en el futuro la posibilidad de extenderse a otros espacios.
Por estas razones se decide realizar el análisis correspondiente al componente BSS/CRM de un sistema IPTV, donde el desarrollo e implantación del mismo estaría condicionado por los recursos e infraestructura tecnológica con que se cuente en la universidad.
Este trabajo de diploma está estructurado en cuatro capítulos. El Capítulo 1, contempla la fundamentación teórica de esta investigación, en la cual son expuestos los principales conceptos y argumentos que esclarecen el objeto de estudio de la misma. El Capítulo 2 trata acerca de las metodologías de desarrollo, lenguaje de modelado y herramientas de apoyo y mantenimiento que se utilizan en la actualidad a nivel internacional para el desarrollo de software así como la selección de las que se utilizarán para el desarrollo de la documentación ingenieril del componente en cuestión.
En el Capítulo 3 se presenta el análisis del sistema y en el Capítulo 4 se expone el diseño de la solución propuesta.
PALABRAS CLAVE
Sistema de Apoyo al Negocio (BSS), CRM, sistemas IPTV, Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC).
I Índice de Contenido
Introducción ... 1
CAPÍTULO 1 ... 5
Fundamentación Teórica. ... 5
1.1 Introducción. ... 5
1.2 Breve historia de la televisión. ... 5
1.3 Sistemas de televisión digital. ... 6
1.3.1 Definición de televisión digital (DTV, Digital Television.)... 7
1.3.2 Tipos de televisión digital (DTV). ... 7
1.4 Ventajas de la DTV sobre la TV analógica. ... 7
1.5 Objeto de estudio... 8
1.5.1 Definición de IPTV... 8
1.5.2 Diferencias entre IPTV y DTV... 8
1.5.3 Diferencias entre IPTV y la TV sobre Internet. ... 8
1.6 Conceptos asociados al dominio del problema. ... 9
1.6.1 Calidad de servicio (QoS). ... 9
1.6.2 Calidad de experiencia (QoE). ... 10
1.6.3 Latencia. ... 10
1.6.4 Multidifusión (Multicast). ... 10
1.6.5 Streaming. ... 12
1.6.6 Zapping... 12
1.6.7 Códec. ... 12
1.6.8 Jitter. ... 12
1.7 Descripción de algunos protocolos utilizados en IPTV. ... 13
1.7.1 Protocolo de Internet (IP, Internet Protocol). ... 13
1.7.2 Protocolo de Datagramas de Usuario (UDP, User Datagram Protocol). ... 13
1.7.3 Protocolo de Transporte en tiempo Real (RTP, Real-time Transport Protocol). ... 14
1.7.4 Protocolo de Control para el Transporte en tiempo Real (RTCP). ... 14
1.7.5 RTSP (Real Time Streaming Protocol). ... 15
1.7.6 Protocolo de Gestión de Grupos de Internet (IGMP, Internet Group Management Protocol). 15 1.8 Principales servicios de IPTV. ... 15
1.8.1 Servicio de Broadcast TV. ... 16
1.8.2 Servicio de Video bajo Demanda (VoD, Video on Demand). ... 16
1.9 Elementos de un sistema IPTV. ... 17
1.9.1 Head End. ... 17
1.9.2 Servidores de Video. ... 18
1.9.3 Middleware. ... 18
1.9.4 Sistema de Control de Derechos y de Acceso Condicional (DRM/CAS, Digital Rights Management/Conditional Access System). ... 19
1.9.5 Set Top Box (STB). ... 19
1.9.6 Home Gateways. ... 20
1.9.7 Servidores para la gestión de la red y de las direcciones IP de los STB. ... 20
1.10 Principales funcionalidades de un sistema IPTV. ... 20
1.10.1 Guía Electrónica de Programación (EPG, Electronic Program Guide)... 21
1.10.2 Grabación de Video personal (PVR, Personal Video Recorder)... 21
1.10.3 Pagar por Ver (PPV, Pay Per View). ... 21
II
1.10.4 Time-Shift TV (TSTV). ... 22
1.11 Características de la red de acceso de los subscriptores... 22
1.11.1 Acceso ADSL. ... 22
1.11.2 Normas de acceso ADSL. ... 23
1.12 Arquitectura de referencia de una red IPTV según ATIS. ... 24
1.13 Situación problemática: las soluciones BSS/CRM en sistemas IPTV. ... 24
1.14 Análisis de soluciones existentes. ... 27
1.15 Situación de Cuba ante los retos de la TV Digital e IPTV. ... 29
1.16 Conclusiones Parciales... 29
CAPÍTULO 2 ... 31
Tendencias y tecnologías actuales... 31
Introducción. ... 31
2.1 Metodologías de desarrollo de software. ... 31
2.1.1 Metodologías tradicionales de desarrollo. ... 32
MSF (Microsoft Solution Framework). ... 32
RUP (Rational Unified Process). ... 33
2.1.2 Metodologías ágiles de desarrollo. ... 34
XP (Xtreme Programming). ... 34
SCRUM. ... 36
Crystal Clear. ... 36
ASD (Adaptive Software Development). ... 37
2.2 Lenguajes de modelado. ... 38
2.2.1 Lenguaje Unificado de Modelado (UML). ... 38
2.3 Herramientas CASE. ... 39
2.4 Observaciones del estudio de las tendencias y tecnologías. ... 41
2.5 Conclusiones Parciales. ... 42
CAPÍTULO 3 ... 43
Análisis del sistema. ... 43
Introducción. ... 43
3.1 El modelo de dominio en el desarrollo de software. ... 43
3.1.1 Modelo de dominio BSS/CRM. ... 44
3.1.2 Diagrama de clases del modelo de dominio. ... 44
3.1.3 Definición de las clases del modelo de dominio. ... 44
3.1.4 Breve descripción del diagrama. ... 45
3.2 Requerimientos. ... 46
3.2.1 Requerimientos funcionales. ... 46
3.2.2 Requerimientos no funcionales... 47
3.3 Descripción del sistema. Modelo de Casos de Uso del Sistema. ... 49
3.3.1 Modelo de Casos de Uso del Sistema. ... 50
3.4 Descripción textual de Casos de Uso del sistema. ... 50
3.4.1 Gestionar Usuarios. ... 50
3.4.2 Autenticar Usuario. ... 54
3.4.3 Gestionar Cuentas. ... 54
3.4.4 Gestionar Servicios. ... 56
3.4.5 Gestionar Historial de Programas... 58
3.4.6 Ofertar Programación. ... 58
III
3.5 Diagramas de clases del análisis. ... 59
3.5.1 DCA CU Autenticar Usuario. ... 59
3.5.2 DCA CU Gestionar Usuario. ... 60
3.5.3 DCA CU Gestionar Cuentas. ... 60
3.5.4 DCA CU Gestionar Servicios. ... 60
3.5.5 DCA CU Gestionar Historial de Programas. ... 60
3.5.6 DCA CU Ofertar Programación. ... 60
3.6 Diagramas de colaboración del análisis... 60
3.6.1 Diagrama de Colaboración CU Autenticar Usuario. ... 60
3.6.2 Diagrama de Colaboración CU Gestionar Usuario. ... 60
3.6.3 Diagrama de Colaboración CU Gestionar Cuentas. ... 61
3.6.4 Diagrama de Colaboración CU Gestionar Servicios. ... 61
3.6.5 Diagrama de Colaboración CU Gestionar Historial de Programas. ... 61
3.6.6 Diagrama de Colaboración CU Ofertar Programación. ... 62
Conclusiones Parciales. ... 62
CAPÍTULO 4 ... 63
Diseño del sistema. ... 63
Introducción. ... 63
4.1 El diseño de software. ... 63
4.2 Descripción de la arquitectura del sistema. ... 63
4.2.1 Patrón de arquitectura MVC. ... 64
4.3 Patrones de diseño. ... 65
4.4 Diagramas de clases del diseño. ... 66
4.4.1 Realización del CU Autenticar Usuario. ... 67
4.4.2 Realización del CU Gestionar Usuario... 67
4.4.3 Realización del CU Gestionar Cuentas. ... 67
4.4.4 Realización del CU Gestionar Servicios. ... 67
4.4.5 Realización del CU Gestionar Historial de Programas. ... 67
4.4.6 Realización del CU Ofertar Programación. ... 67
Conclusiones Parciales. ... 67
Conclusiones... 69
Recomendaciones. ... 70
Referencias Bibliográficas. ... 71
Índice de Figuras. Figura 1: Diferencias entre el flujo de unidifusión y de multidifusión. ... 12
Figura 2: Formato de un paquete IP. ... 13
Figura 3: Cabecera UDP. ... 14
Figura 4: Cabecera RTP. ... 14
Figura 5: Capas en RTCP. ... 15
Figura 6: Arquitectura básica de un sistema típico VoD. ... 17
Figura 7: EPG de Microsoft TV. ... 21
Figura 8: Arquitectura de red IPTV según ATIS. ... 24
Figura 9: Fases y Flujos de Trabajo según RUP. ... 33
Figura 10: Las prácticas se refuerzan entre sí. ... 36
Figura 11: Familia de Crystal Methods. ... 37
IV
Figura 12: Diagrama de clases del modelo de dominio. ... 44
Figura 13: Diagrama de Casos de Uso del Sistema... 50
Figura 14: DCA CU Autenticar Usuario... 59
Figura 15: DCA CU Gestionar Usuario. ... 60
Figura 16: DCA CU Gestionar Cuentas. ... 60
Figura 17: DCA CU Gestionar Servicios. ... 60
Figura 18: DCA CU Gestionar Historial de Programas. ... 60
Figura 19: DCA CU Ofertar Programación. ... 60
Figura 20: Diagrama de Colaboración CU Autenticar Usuario. ... 60
Figura 21: Escenario Insertar Usuario. ... 60
Figura 22: Escenario Eliminar Usuario. ... 61
Figura 23: Escenario Modificar usuario. ... 61
Figura 24: Escenario Cambiar Contraseña. ... 61
Figura 25: Escenario Reactivar Usuario. ... 61
Figura 26: Escenario Suspender Usuario. ... 61
Figura 27: Escenario Ordenar Servicio. ... 61
Figura 28: Escenario Cancelar Servicio. ... 61
Figura 29: Diag. Colab. CU Gestionar Historial de Programas. ... 62
Figura 30: Diag. Colab. CU Ofertar Programación. ... 62
Figura 31: Estructura del patrón MVC. ... 64
Figura 32: DCD CU Autenticar Usuario. ... 67
Figura 33: DCD CU Gestionar Usuarios. ... 67
Figura 34: DCD CU Gestionar Cuentas. ... 67
Figura 35: DCD CU Gestionar Servicios. ... 67
Figura 36: DCD CU Gestionar Historial de Programación. ... 67
Figura 37: DCD CU Ofertar Programación. ... 67
Índice de Tablas. Tabla 1: Normas de acceso xDSL. ... 23
Tabla 2: Situaciones factibles de despliegue de servicios. ... 23
Tabla 3: Descripción de los actores del sistema. ... 50
Tabla 4: Descripción del CU Gestionar Usuario. ... 53
Tabla 5: Descripción del CU Autenticar Usuario. ... 54
Tabla 6: Descripción del CU Gestionar Cuentas. ... 56
Tabla 7: Descripción del CU Gestionar Servicios. ... 58
Tabla 8: Descripción del CU Gestionar Historial de Programas. ... 58
Tabla 9: Descripción del CU Ofertar Programación. ... 59
1
Introducción
La televisión es uno de los inventos que ha cambiado la forma en que la sociedad y la cultura han evolucionado en los últimos 60 años, debido en gran parte a su poderoso efecto, entrelazando y creando un mundo desde una visión unificada. En 1969 ARPANET1 fue creada, y con ella comenzó una nueva fase en las comunicaciones. Más adelante, en 1983, el protocolo núcleo de ARPANET migró de NCP (del inglés Network Control Protocol), a TCP/IP (del inglés Transfer Control Protocol/Internet Protocol) y de esta forma nació Internet.
Ambos, la televisión e Internet, han revolucionado la forma en que se vive. En la actualidad se dispone tanto de canales de televisión transmitiendo diversos contenidos 24 horas al día, como de Internet, facilitando tanto las comunicaciones como el comercio. Varias áreas comunes de estos trascendentales inventos tecnológicos al fin se han unido para dar vida a la televisión por IP, o IPTV como generalmente se le conoce. (1)
IPTV puede ser visto como ofertas comerciales brindadas por proveedores de servicios que están muy cerca de los consumidores, ofertas que incluyen un número de canales con una apariencia similar a la televisión tradicional. En realidad, es una nueva tecnología que permite una mayor flexibilidad para gestionar contenido, y facilitar interacción directa con las fuentes de contenido, mejorando la retroalimentación y la planificación. La interacción o experiencia del consumidor o suscriptor es mejorada considerablemente permitiendo un mayor control sobre los diferentes contenidos inmediatamente disponibles, así como comunicación hacia ambos lados, dígase entre consumidor y proveedor de contenidos. (1)
Hoy día, las comunicaciones se encuentran en un proceso de migración hacia la convergencia de servicios, evidentemente, proveer servicios de voz, datos y telefonía de manera aislada es un error que muchas compañías han pagado caro. A esa tecnología que incluye proveer esos tres tipos de servicios se le conoce como “triple play”. El principal requerimiento para estos servicios es disponer de un ancho de banda lo suficientemente grande como para ofrecer fiabilidad y competitividad para el despliegue de los mismos.
Los retos crecientes en los actuales sistemas de apoyo a las empresas demandan confiables y escalables estándares de tecnología de servidores de computadoras con rendimiento en ascenso para manejar la complejidad de estos sistemas, el número de suscriptores, los servicios, y la
1 Advanced Research Projects Agency Network. Agencia creada por el Departamento de Defensa (DoD) de los EE.UU como medio de comunicación para los distintos organismos de ese país.
2 información sobre los precios. Los sistemas de apoyo a las empresas o al negocio (BSS en sus siglas en inglés, correspondientes a Business Support Systems), son usados para ejecutar operaciones en el campo de los negocios que se desarrollan en la web, o sea el comercio electrónico. Entre las áreas principales de BSS están la gestión de productos, gestión de clientes, gestión de ingresos y gestión de pedidos.
La gestión de productos incluye regularmente ofertas de nuevos productos, descuentos, y programas de fidelización de clientes. La gestión de clientes, como solución óptima incluye una solución CRM (del inglés Customer Relationship Management), o sea gestión de las relaciones con el cliente, tema sobre el cual se hará referencia posteriormente en este trabajo. La gestión de ingresos está enfocada en la facturación, cobro y liquidación de cuentas, además incluye en ocasiones la realización de acuerdos de asociación de usuarios al sistema o aplicación que ofrece el servicio en cuestión. La gestión de pedidos, como lo dice el nombre, se encarga de lo referente a los pedidos, y al aprovisionamiento de productos o servicios.
Las actividades típicas de un sistema BSS pueden ser: tomar los pedidos de los clientes, gestionar información de los clientes, gestión de los datos del pedido, facturación, y ofrecer servicios B2B2 y B2C3 (Business to Business y Business to Customer respectivamente). (2)
En la UCI no existe un sistema IPTV que brinde las comodidades y funcionalidades por las que estos sistemas se han extendido en el mundo, ya sea por la complejidad de los mismos o por el costo que el desarrollo y despliegue de estos sistemas implican. Al mismo tiempo, no se cuenta con una solución BSS que gestione todos los servicios que brinda un sistema IPTV, y que se encargaría de darle atención personalizada a los usuarios. Es por éstas razones que el Grupo de Desarrollo de Componentes Técnicos de la Facultad 9 de la UCI se ha trazado como solución a la gestión de usuarios, productos y pedidos en general, el análisis de una solución BSS/CRM para su posterior implementación y posible implantación en la Universidad como parte de un sistema IPTV.
Partiendo de la situación anteriormente expuesta se tiene como problema científico la inexistencia de una solución BSS/CRM que permita brindar un servicio personalizado, para un sistema IPTV en la UCI. Con el fin de darle solución a dicha problemática, se hace necesario elaborar la documentación
2 Transacciones electrónicas hechas entre empresas que aseguran la rapidez y seguridad de las comunicaciones, entre otras ventajas.
3 Estrategia que siguen las empresas para llegar directamente al cliente o usuario final.
3 técnica del análisis de una solución BSS/CRM, utilizando las técnicas y herramientas de la Ingeniería de Software seleccionadas, lo cual constituye el objetivo general de esta investigación.
Para darle cumplimiento a tales objetivos trazados fue necesario enfocar la investigación en el proceso de funcionamiento de sistemas IPTV, lo cual representa el objeto de estudio. Fue necesario investigar sobre las soluciones BSS/CRM para sistemas IPTV, lo cual constituye a su vez el campo de acción de esta investigación.
Para lograr los objetivos trazados se acometen las siguientes tareas de la investigación:
1- Caracterizar las soluciones que implementan y soportan BSS/CRM en soluciones IPTV.
2- Valorar el estado del arte de las principales y más actuales tecnologías que utilizan BSS/CRM.
3- Realizar la documentación técnica correspondiente al Modelo de Dominio del módulo BSS/CRM.
4- Capturar los requisitos funcionales y no funcionales.
5- Realizar la documentación técnica correspondiente al Modelo de Casos de Uso del Sistema del módulo BSS/CRM.
6- Realizar la documentación técnica correspondiente al modelo de análisis del módulo BSS/CRM.
El desarrollo satisfactorio de las tareas expuestas anteriormente contribuirá al cumplimiento de la idea a defender de esta investigación, la cual plantea que si se elabora correctamente la documentación técnica correspondiente al análisis de una solución BSS/CRM para un sistema IPTV se logrará una adecuada implementación y desarrollo de dicha propuesta en la UCI, que permita un servicio cuyo enfoque sea el cliente como centro de atención.
Con el objetivo de llevar a cabo la investigación se utilizaron métodos tanto teóricos como empíricos.
De los teóricos se utilizaron el histórico-lógico, análisis-síntesis, causal y el de modelación. De los empíricos, las entrevistas y encuestas.
El método histórico-lógico se aplica para investigar la existencia de sistemas IPTV que usen soluciones BSS/CRM. Por otra parte, el método de análisis y síntesis, se utiliza con el objetivo de analizar la bibliografía disponible relacionada con el proceso de funcionamiento de sistemas IPTV y las metodologías existentes para la construcción de los artefactos necesarios para elaborar la solución, así como para realizar una síntesis de los mismos. El método causal se emplea para determinar y analizar los factores que provocan la necesidad de desarrollo de una solución BSS/CRM dentro de un sistema IPTV en la Universidad. Además, el método de modelación se emplea para mostrar los diferentes diagramas y componentes que se construyen como resultado del proceso de Ingeniería de Software.
4 Las entrevistas se realizan a líderes del proyecto para recopilar información referente al proceso de funcionamiento de sistemas IPTV. Al mismo tiempo, se utilizan encuestas para identificar las herramientas óptimas destinadas a la construcción de soluciones BSS/CRM, además de conocer las principales funcionalidades que encierran los mismos.
Este trabajo de diploma cuyos posibles resultados están dados en la documentación general de los flujos de trabajo Negocio, Requerimientos y Análisis y Diseño de una solución BSS/CRM de un sistema IPTV para que de esta manera posteriormente se garantice una implementación robusta de la aplicación, se estructura en cuatro capítulos, que son descritos a continuación:
El Capítulo 1 contempla la fundamentación teórica de esta investigación, en la cual son expuestos los principales conceptos que contribuyen al mejor entendimiento del problema en cuestión, y se especifican detalladamente todos los argumentos que esclarecen el objeto de estudio.
Por su parte el Capítulo 2 trata acerca de las tendencias y tecnologías que se utilizan en la actualidad a nivel internacional para el desarrollo de soluciones BSS/CRM para sistemas IPTV.
Paralelamente a esto se estudian un conjunto de metodologías (ágiles, pesadas) que se utilizan en el mundo para el desarrollo de software de forma general, con el objetivo de seleccionar de ellas, la más adecuada para guiar el proceso de desarrollo de este tipo de software.
En el Capítulo 3 se presenta la solución propuesta a partir de la descripción del modelo de dominio y la identificación de requisitos funcionales y no funcionales del sistema a construir, que finalmente se agrupan en casos de uso del sistema para conformar el Modelo de Casos de Uso del Sistema.
Por último en el Capítulo 4 se expone la construcción de la solución propuesta en términos de la realización de los artefactos que forman parte del flujo de trabajo de diseño. De manera general se expone la estructura de la solución propuesta. Para finalizar se presentan las conclusiones, las recomendaciones, y las referencias bibliográficas.
5
CAPÍTULO 1
Fundamentación Teórica.
1.1 Introducción.
Este primer capítulo está dedicado a explicar los principales aspectos asociados con la tecnología IPTV, haciendo referencia a sus principales servicios, elementos, protocolos relacionados con el flujo de video transmitido, funcionalidades, arquitecturas de red, y diferencias respecto a otros tipos de tecnologías existentes. Todo esto con el objetivo de ofrecer una panorámica de la tecnología a la cual se le quiere elaborar una solución BSS/CRM factible dentro del propio sistema IPTV.
1.2 Breve historia de la televisión.
La palabra televisión resulta de la mezcla de la voz griega “tele” (distancia) y la latina “visio” (visión).
El término como tal se refiere a todos los aspectos de transmisión y programación, muchas veces se le trata como simplemente TV, y se dice que fue usado por primera vez en 1900 en el Congreso Internacional de Electricidad de París.
A finales del s. XIX se quiso hacer lo que ya se había hecho con el sonido, se trataba ahora de captar imágenes utilizando una cámara, transmitir esas imágenes a través del aire, y recibirlas en algún dispositivo receptor a determinada distancia del lugar donde se generó la transmisión (telefotografía).
Estos primeros intentos se realizaron mediante electricidad y sistemas mecánicos. La electricidad servía de unión entre los puntos y para realizar la captación y recepción de la imagen, mientras, los medios mecánicos efectuaban las tareas de movimiento para realizar los barridos y descomposición secuencial de la imagen a transmitir.
La exploración de una imagen se realiza mediante su descomposición, primero en fotogramas a los que se llaman cuadros y luego en líneas, leyendo cada cuadro. Se realizaron muchos estudios empíricos para determinar el número de cuadros necesarios para que se pueda recomponer una imagen en movimiento, así como para obtener una óptima calidad de reproducción y de percepción por el ojo humano del color, resultando en que el número de cuadros debía ser al menos de 24 por segundo, y que el número de líneas debía ser superior a las 300.
6 Hacia la década del ’40 existían multitud de sistemas que tenían resoluciones muy diferentes, que iban desde 400 hasta 1000 líneas. Poco a poco se fueron concentrando en dos sistemas, el de 512 estadounidense, y el de 625 adoptado por Europa. También se adoptó el formato 4:3 para la relación de aspecto de la imagen. El desarrollo de la televisión no se limitó a la transmisión de imagen y sonido, a finales de la década de los ’80 se vio la ventaja de usar el canal para ofrecer otros servicios, como el llamado teletexto, que no era más que transmitir noticias e información en formato de texto utilizando los espacios libres de información de la señal de video.
Mucho tuvo que hacerse y experimentarse antes de que se lograra la TV a color a principios de la década de los ’50, se introdujeron los conceptos de luminancia y crominancia: el primero para describir la información del brillo y luz de la imagen; el segundo, como portador de la información del color en los canales RGB (Red, Green, Blue). Se plantea que el primer sistema de televisión a color que respetaba la doble compatibilidad con la TV monocromática fue desarrollado en 1951 por un grupo de ingenieros norteamericanos, e inmediatamente aceptado por la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC, Federal Communication Commission) de ese país. Este sistema fue conocido como NTSC (National Television System Commission) y tuvo un éxito tal que se extendió por toda América del Norte y Japón.
Este sistema fue la base para que investigadores europeos, en este caso alemanes, desarrollaran un sistema que subsanaba algunos errores del NTSC como los de fase, tal sistema se le conoce como PAL (Phase Alternating Line), y fue adoptado por Europa Occidental con la excepción de Francia, que tuvo un investigador que desarrolló otro sistema muy conocido, el SECAM (Sequentiel Couleur A Memoire), que basa su actuación en la transmisión secuencial de cada componente de color moduladas en FM.
Todos estos sistemas tenían ventajas e inconvenientes: mientras que el NTSC y el PAL dificultaban la edición de la señal de video por su secuencia de color en cuatro y ocho campos respectivamente, el sistema SECAM hacía imposible el trabajo de mezcla de la señal de video. (3) Muchos años de nuevos descubrimientos llevaron a encontrar soluciones robustas ante interferencias y a la vez que tuvieran buena recepción de la señal televisiva, estas soluciones son las de la televisión digital.
Además de las ventajas anteriormente mencionadas, hay que hablar de los valores añadidos con que cuenta la señal, o sea la personalización de la oferta de contenidos, formas de pago y atención a los usuarios.
1.3 Sistemas de televisión digital.
La TV digital se ha estado desarrollando intensamente en los últimos años, resultando en la implementación de tres estándares de TV adoptados por distintos países del mundo. Las normas de
7 TV digital ATSC (Advanced Televisión System Committee), DVB (Digital Video Broadcasting) e ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting) permiten el transporte de información de audio y video en tiempo real, reemplazando las normas analógicas PAL, NTSC y SECAM. (4)
El cambio de TV analógica a digital es más agresivo que la introducción de la TV a color en su momento, puesto que supone una nueva tecnología de transmisión totalmente incompatible con las predecesoras. Esto significa que el usuario tendrá que reemplazar su TV estándar por uno con receptor de TV digital o instalar un dispositivo convertidor de la señal digital a alguno de los formatos preexistentes.
A continuación se abordarán algunas definiciones que deben tenerse claras a la hora de tratar estos temas de televisión, los distintos tipos que de ella existen, así como una breve comparación entre la TV analógica y la digital.
1.3.1 Definición de televisión digital (DTV, Digital Television.).
La TV digital se refiere al conjunto de tecnologías de transmisión y recepción de imágenes y sonido a través de señales digitales en lugar de las tradicionales analógicas, de manera que la codificación de la señal se realiza de forma binaria.
1.3.2 Tipos de televisión digital (DTV).
Dentro de la DTV, se encuentran la TV por Cable (Cable TV), la TV por Satélite (en inglés, Satellite TV o STV), y la IPTV. Cable TV como su nombre lo indica, consiste en la transmisión de señales digitales a través de sistemas de TV por cable, ya sea coaxial o telefónico. Por su parte STV se trata de transmitir señales satelitales en formato digital, entre los líderes proveedores del mercado están las compañías Sky y DirecTV.
1.4 Ventajas de la DTV sobre la TV analógica.
La conversión de la señal analógica a digital permite que la información sea fácilmente manipulada.
Esto permite el desarrollo de técnicas de compresión que minimizan tanto el ancho de banda de la transmisión como el almacenamiento de la información. (5)
La resolución de pantalla4 juega un papel fundamental en la claridad de la imagen. En los sistemas analógicos de TV se usan 480 líneas activas para dibujar una imagen en el receptor de TV, en comparación, la TV digital comprende 18 formatos, entre los cuales están por supuesto los de 480,
4 Resolución de pantalla: Se refiere al número de pixeles que puede ser mostrada en la pantalla por pulgada.
8 pero además están los de 720 y 1080 líneas, siendo éstos dos últimos los que se usan para TV de alta definición (HDTV5).
En cuanto a la información del color, en un sistema NTSC por ejemplo, la información es adicionada como un portador por separado que es multiplexado además en monocromático, esto permite que la señal sea recibida tanto por televisores a color como en blanco y negro. Por su parte, la TV digital transporta la información de color en cada pixel6. (5)
1.5 Objeto de estudio.
1.5.1 Definición de IPTV.
IPTV es una tecnología interactiva que emplea una red IP que garantiza la calidad del servicio para cada flujo de información de video, igualando o mejorando la calidad de la distribución de señales digitales de video que hoy implementan la DTV, sea tanto en su versión terrestre, CATV (Cable TV), o satelital. Se trata de de un sistema de TV que se desarrolla en un entorno controlado, en el cual el proveedor de servicios no solo podrá en cualquier momento gestionar la red de acceso y de transmisión, sino también la de los contenidos que se ofrecen.
1.5.2 Diferencias entre IPTV y DTV.
La principal diferencia entre IPTV y la versión terrestre y satelital de DTV, es la relacionada con el medio por el cual se transmiten, o sea, IPTV usa el cable y esas otras versiones usan el aire. En el caso de la versión Cable TV de DTV, evidentemente también usa cable igual que IPTV, pero la diferencia radica en que la segunda implementa en la red el protocolo IP, no siendo obligatoriamente así en el primero.
La DTV en todas sus variantes, y la IPTV en principio, tienen previsto incorporar interactividad con el usuario. Ahora bien, en la DTV, se requiere de otra red complementaria para implementar un canal de retorno (generalmente un “call center” o centro de llamadas), y así hacer posible la interactividad, puesto que las redes son básicamente unidireccionales.
1.5.3 Diferencias entre IPTV y la TV sobre Internet.
Cuando se habla de TV sobre Internet e IPTV se tiende a tratar ambos términos como sinónimos, pero en realidad son dos tecnologías diferentes. La TV sobre Internet se refiere a la difusión de
5 High Definition Television.
6 Es la menor unidad homogénea en color que forma parte de una imagen digital.
9 noticias, estado del tiempo, y programas de televisión provenientes de estaciones de TV que agregan una interfaz de Internet a sus transmisiones “over-the-air” (Al Aire). Generalmente lo que hace esa interfaz es tomar las cintas de video y convertirlas a una secuencia de datagramas IP. Por su parte, IPTV se refiere a la transmisión de señales de video a una alta velocidad que permita a los usuarios, mediante su respectivo set-top box, la posibilidad de ver los distintos eventos televisivos a los que está suscrito sin necesidad de almacenar en buffer7. (5)
Por otra parte está el hecho de que IPTV se vale de redes IP sobre las cuales se logra implementar calidad de servicio para cada flujo de información de video, mientras que en la TV sobre Internet el flujo de información hace uso de un servicio basado en el “mejor esfuerzo” (servicio que ofrece el protocolo IP para la manipulación no fiable de los datagramas, o sea, lo hará lo mejor posible pero garantizando poco).
Por otra parte es preciso decir que la TV sobre Internet utiliza para su funcionamiento el protocolo http (del inglés Hyper Text Transfer Protocol), mientras que los sistemas IPTV para los servicios de Broadcast TV (Difusión de los contenidos de TV) utilizan el protocolo IGMP (del inglés Internet Group Multicast Protocol). (6)
1.6 Conceptos asociados al dominio del problema.
A continuación se hará alusión a una serie de conceptos que ayudarán a un mejor entendimiento del funcionamiento de los sistemas IPTV, así como de lo relativo a calidad de servicio y de experiencia, conceptos que hay que tener en cuenta a la hora de implementar soluciones BSS/CRM para sistemas IPTV.
1.6.1 Calidad de servicio (QoS).
Es una medida del funcionamiento del sistema a nivel del transporte de los paquetes y desde el punto de vista de la red. En sí QoS (del inglés Quality of Service), se refiere a las tecnologías que garantizan la transmisión de cierta cantidad de datos en un tiempo dado. También se conoce como QoS a los mecanismos que permiten al administrador de la red proveer servicios diferenciados a ciertos usuarios, otorgando prioridad a determinados flujos de tráfico de manera que se puedan mejorar por ejemplo los efectos de la congestión de las redes. (7) En el campo de las telecomunicaciones esta QoS es medible, entre estas medidas se pueden citar la disponibilidad de
7 Espacio de memoria en el que se almacenan datos para evitar que el programa o recurso que lo requiere, ya sea hardware o software, se quede sin información en algún momento.
10 las redes, el tiempo en que se tarda en realizar la comunicación y la tasa de errores en la descarga de algún archivo.
1.6.2 Calidad de experiencia (QoE).
Según el “Focus Group on IPTV” (Grupo Enfocado en IPTV) de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (en inglés Internacional Telecommunication Union), se define como calidad de experiencia o QoE (Quality of Experience) a la aceptabilidad global de una aplicación o servicio, tal y como se percibe subjetivamente por el usuario final. Incluye la totalidad de efectos del sistema extremo a extremo (cliente, terminal, red, y servicios de infraestructura), y puede verse influenciada por las expectativas de los usuarios y por el contexto.
Entre los factores que influyen en la calidad de experiencia, se pueden citar el proceso de inicio de sesión, la forma en que opera el sistema una vez establecida dicha sesión, así como la finalización de la misma. Dentro de estos factores, se encuentran otros asociados a dichas etapas, por ejemplo, el esfuerzo requerido por el usuario para realizar la operación, el grado de respuesta de dicha operación, la fidelidad del contenido recibido, y la seguridad de la información personal del usuario.
1.6.3 Latencia.
Se le denomina latencia a la suma de retardos temporales dentro de una red de datos. Un retardo es producido por la demora en la propagación y transmisión dentro de la red. Otros factores que influyen en la latencia de una red son el tamaño de los paquetes transmitidos y el tamaño de los buffers dentro de los equipos de conectividad. (8)
El retardo tiene, a su vez, varios componentes, los cuales son retardo de codificación (depende del estándar utilizado), el retardo de señalización (depende de las interfaces de los equipos, siendo menor este retardo cuanto mayor sea la velocidad de la interfaz), el retardo de propagación (depende del medio físico que se utilice y la distancia recorrida), el retardo de encolamiento (tiempo en que un paquete está en una cola esperando a ser transmitido), y retardos de conmutación (tiempo que demora un switch (conmutador) o un router (enrutador) en poner los paquetes en una cola y decidir por cual interfaz los va a transmitir).
1.6.4 Multidifusión (Multicast).
11 Es similar a la difusión (broadcast8) en el sentido de que sus objetivos son un conjunto de máquinas dentro de una red de datos, pero no todas. O sea, en broadcast la señal le llega a todos los host dentro de la red, pero usando multicast, sólo le llega a un grupo de host específicos. Los hosts pueden escoger si desean o no participar en el grupo multicast (generalmente con el protocolo IGMP, que más adelante se abordará).
Se trata de usar la infraestructura de la red de manera muy eficiente requiriendo que la fuente envíe un paquete una sola vez, aun cuando éste sea enviado a múltiples destinos. Los nodos en la red se encargan de replicar el paquete para alcanzar varios destinos solamente cuando sea necesario. (9) La multidifusión o multicasting, es uno de los conceptos claves de las redes IP. En realidad, existen dos significados muy diferentes del término que pueden ser aplicados al campo de los sistemas IPTV:
1. En transmisiones de TV digital over-the-air9, la multidifusión implica entregar múltiples señales de video simultáneamente a través de un único canal de transmisión digital.
2. En redes IP, la multidifusión implica entregar un único flujo de video a múltiples usuarios al mismo tiempo.
Para tener un mejor entendimiento de la multidifusión IP (IP multicasting), es aconsejable hacer una pequeña comparación con la unidifusión IP (IP unicasting). En unidifusión, cada flujo de video es enviado a exactamente un destinatario. Si múltiples destinatarios desean el mismo video, la fuente deberá crear por separado un flujo de video unicast para cada destinatario. Cada usuario que desee ver un video deberá hacer un pedido al proveedor o fuente de servicios, quien a su vez, deberá conocer la dirección IP de cada destinatario y crear un flujo de paquetes para cada usuario. A medida que el número de espectadores aumenta, la carga en la fuente aumenta evidentemente. (10) Por su parte, la multidifusión IP, usa protocolos especiales para que en la propia red (ya no en la fuente de video) se hagan copias del flujo de video que llegará a los múltiples usuarios que lo solicitaron. Las copias son hechas en cada punto de la red solamente cuando son requeridas. (10) En la siguiente figura se muestran las diferencias en la forma en que fluye la información bajo unidifusión y multidifusión:
8 Forma de emisión en la que el mismo contenido se difunde de forma homogénea a todos los usuarios a los que llega una determinada señal. Es la forma de emisión usada desde los orígenes de la televisión.
9 Forma de transmisión de señales digitales que usa antenas para la recepción.
12 Figura 1: Diferencias entre el flujo de unidifusión y de multidifusión.
1.6.5 Streaming.
Las técnicas para la transmisión de video y audio en las redes IP generalmente son conocidas como mecanismos de streaming. El término se refiere a la forma de transmitir información (generalmente multimedia) que permite al cliente ir consumiendo información al mismo tiempo que se va descargando. (11) Antes de la aparición de estas técnicas, las aplicaciones multimedia usaban Internet únicamente para realizar transferencias de archivos (una vez que los contenidos eran descargados completamente era que podían ser reproducidos).
1.6.6 Zapping.
El zapeo o zapping es el acto de saltar programación o canales de televisión. Aunque el término parece derivado del inglés, en realidad no lo es, se le llama en aquel idioma “flip channels”, o
“channel surfing”. (12) En la actualidad, zapeo también se refiere al hecho de acelerar con el control remoto de video aquellas partes del programa que grabamos que no nos resulten interesantes, ya se trate de anuncios, o de algunas partes del programa en sí.
1.6.7 Códec.
Al par codificador-decodificador se le conoce como códec. Describe una especificación desarrollada en software, hardware o una combinación de ambos, capaz de transformar un archivo con un flujo de datos (stream) o una señal de video. El codificador convierte la señal previamente capturada a un formato comprimido, el cual será reconocido posteriormente por el decodificador, el cual regenera la señal de video intermedia para luego ser presentada en un monitor o televisor.
Los códecs son muy utilizados en Internet para reducir el tamaño de las películas de video o del audio y así facilitar su descarga. Los más conocidos son DivX, Windows Media Video (wmv), y Quicktime. (13)
1.6.8 Jitter.
Uno de los mayores problemas asociados a la entrega de video en tiempo real en redes IP es el asociado con la medida de tiempo entre el momento en que se espera que un paquete llegue y el momento en que efectivamente llega. Esta variación o diferencia de retardo entre paquetes es conocida como jitter, y es compensada normalmente a través del uso de un buffer de jitter en el receptor.
Este tipo de buffer puede ser pensado como un área de memoria usada para compensar los retardos en el flujo de paquetes a través de una red. Los paquetes tendrán que primero pasar al buffer para
13 luego ser extraídos en una secuencia de tiempo que minimice la diferencia de retardo entre un paquete y el otro. (5)
1.7 Descripción de algunos protocolos utilizados en IPTV.
Ningún estudio sobre IPTV puede aspirar a ser completo sin antes realizar al menos una pequeña descripción de los principales protocolos usados en estos sistemas. Esto incluye protocolos de transmisión IP como por ejemplo UDP y RTP, y además los llamados protocolos de señalización como RTSP e IGMP.
1.7.1 Protocolo de Internet (IP, Internet Protocol).
Es un protocolo no orientado a conexión usado tanto por el origen como por el destino para la comunicación de datos a través de una red de paquetes conmutados. Los datos en una red basada en IP son enviados en bloques conocidos como paquetes o datagramas. IP no provee ningún mecanismo para determinar si un paquete alcanza o no su destino y únicamente provee seguridad (mediante checksums o en español, sumas de comprobación) de sus cabeceras y no de los datos transmitidos; por tanto, el paquete podría llegar dañado, en otro orden respecto a otros paquetes, duplicado, o simplemente no llegar. (14)
A continuación en la Figura 2 se muestra el formato de un paquete IP:
Figura 2: Formato de un paquete IP.
1.7.2 Protocolo de Datagramas de Usuario (UDP , User Datagram Protocol).
UDP es uno de los protocolos esenciales del paquete de protocolos de Internet. Como el protocolo IP, UDP tampoco tiene confirmación ni control de flujo. Proporciona una sencilla interfaz entre la capa de red y la capa de aplicación del modelo OSI10. Se utiliza por ejemplo cuando se necesita transmitir audio o video y resulta más importante transmitir con velocidad que garantizar el hecho de que lleguen absolutamente todos los bytes de información. UDP ha sido descrito por tanto, como el protocolo de “dispara y olvida”, por sus ya abordadas limitaciones. En un entorno IPTV, donde es
10 Open System Interconnection, es el modelo de red descriptivo lanzado en 1984 por la Organización Internacional para la Estandarización. Fue un marco de referencia para la definición de arquitecturas de interconexión de sistemas de comunicaciones.
14 esencial que la señal de video sea entregada confiablemente y en la secuencia correcta, el uso de UDP puede conducir a fallas en su implementación. (11)
A continuación en la Figura 3 se muestra el formato de una cabecera UDP:
Figura 3: Cabecera UDP.
1.7.3 Protocolo de Transporte en tiempo Real (RTP, Real-time Transport Protocol).
RTP es conocido por ser un protocolo de nivel de sesión, y creado por la IETF (Internet Engineering Task Force, en español, Grupo de Trabajo en Ingeniería de Internet) como un formato basado en paquetes para la entrega de datos de audio y video. (15)
RTP en realidad consta de 2 partes estrechamente entrelazadas:
- RTP para proveer marcas de tiempo, numeración de secuencias, y otros mecanismos para atender problemas de “timing” o temporización. El uso de la numeración de paquetes permite que sean identificados los paquetes perdidos o fuera de la secuencia u orden establecido.
- Y el RTCP o protocolo de control de RTP, para monitorear la calidad del servicio (QoS) y para tener información acerca de los participantes en una sesión en curso.
A continuación se muestra en la Figura 4, el formato de la cabecera RTP:
Figura 4: Cabecera RTP.
1.7.4 Protocolo de Control para el Transporte en tiempo Real (RTCP).
Es usado junto a RTP para la recepción de reportes estadísticos. Permite por ejemplo la detección de fallas en el árbol de distribución de multidifusión, número de paquetes perdidos, y estadísticas de jitter. Existen reportes emitidos por el receptor y por el emisor. Para amortizar el tamaño de la cabecera, este protocolo puede reunir varios mensajes RTCP y ser enviados en un mensaje RTCP compuesto. Los paquetes deberán estar compuestos al menos por un mensaje del receptor o emisor y el nombre canónico del participante y deben ser enviados periódicamente sin llegar a consumir el 5
% del ancho de banda de la sesión. (15)
15 Los paquetes RTCP se transportan sobre datagramas UDP, o sea que el paquete quedaría conformado como se muestra en la Figura 5:
Figura 5: Capas en RTCP.
1.7.5 RTSP (Real Time Streaming Protocol).
Fue creado también por el IETF y describe una serie de controles semejantes a los que ofrece una videograbadora (VCR) común. Típicamente, los mensajes RTSP son enviados del cliente al servidor, aunque existen excepciones donde ocurre inversamente, o sea del servidor al cliente. En sistemas IPTV, RTSP es usado en aplicaciones de video bajo demanda (VoD) para que el cliente acceda y controle el contenido almacenado en los servidores de VoD. VoD es en esencia una comunicación uno a uno, establecida usando unicast (unidifusión). Unicast es exactamente lo opuesto de broadcast o difusión, en la cual mandamos información a todos los usuarios de la red. Unicast permite que el servicio de VoD sea requerido y por tanto enviado a un único usuario. (11)
1.7.6 Protocolo de Gestión de Grupos de Internet (IGMP, Internet Group Management Protocol).
Definido por el IETF y creado para garantizar el multicast IP, el cual como ya se ha visto en este trabajo, se define como la transmisión de un datagrama IP a un grupo de hosts o PCs determinado.
Este grupo de hosts está identificado por una única dirección IP de destino. En un sistema IPTV, el grupo de hosts sería un grupo de suscriptores que desean recibir un programa en particular.
En la práctica, lo que esto significa es que los sistemas de transmisión que usan IGMP no mandan todo el contenido a todos los usuarios de la red. El multicasting, usando IGMP, permite el control de qué contenidos van a cuáles usuarios, y por tanto, controla la cantidad de datos que está siendo enviada a través de la red en cualquier momento.
IGMP es el protocolo usado para manejar los cambios de canales en sistema IPTV. En respuesta a los comandos que envía el control remoto, una serie de comandos IGMP son ejecutados para dejar el actual multicast y unirse a otro servicio. (11)
1.8 Principales servicios de IPTV.
A continuación se hará alusión a algunos de los principales servicios que ofrecen la mayoría de los sistemas IPTV, servicios por los cuales esta tecnología se ha convertido en una realidad y necesidad para los clientes que, en número creciente, se unen a su uso diario.
16
1.8.1 Servicio de Broadcast TV.
El usuario tiene acceso a un número determinado de señales de video, de manera similar a la CATV o televisión por cable, pero la velocidad de cambio de canales (zapping) es más lento, puesto que se superponen dos efectos:
1. La necesidad de que el STB (del inglés Set Top Box) seleccione un grupo de multidifusión (multicast) correspondiente al canal que se desea recibir, dejando el grupo anterior (proceso de
“leave” y “join” de un grupo de multicast a otro). Esto podría tomar varias centenas de milisegundos.
2. La detección de las tramas de video comprimido que permiten reconstruir la imagen, lo que puede ocurrir cada varios segundos. Este aspecto es el principal contribuyente al proceso de zapping, puesto que el video comprimido es eficiente si la información permite reconstruir el cuadro de imagen en función de la información acumulada (incremental), enviando cuadros de actualización de una imagen completa cada una cierta cantidad no menor de cuadros diferenciales.
De acuerdo al tipo de equipo de acceso (STB) que se instale en el receptor (pudiera ser, la casa del cliente), al ancho de banda disponible en la interfaz ADSL11, y al tipo de acceso de cobre, el cliente podrá acceder a una, dos o tres señales de video simultáneamente.
El cliente también podrá configurar su servicio, determinando qué paquetes de señales quiere recibir, así como si desea recibir temporalmente alguna señal que no está incluida en el paquete contratado.
(6)
1.8.2 Servicio de Video bajo Demanda (VoD, Video on Demand).
La televisión bajo demanda propiamente dicha necesita de un canal de banda ancha dedicado mientras dura la descarga. El VOD puede permitir al cliente unas pequeñas funciones de vídeo para la repetición o salto limitados de determinadas secuencias (siempre que se disponga de línea de retorno), pero básicamente se centra en la oferta de un único visionado del producto audiovisual.
Se necesitan servidores VOD. Pero estos servidores de vídeo especiales tienen limitado el número de demandas. Por ello es esencial el control sobre la demanda posible en cada momento. Esto podía tener también cierta importancia en el anterior nivel, pero mucho menor ya que la descarga no se está visionando en el momento y lo único a lo que afectaría sería al tiempo de descarga. Pero en este nivel sí se visiona a la vez y podría verse afectado este visionado.
11 Asymmetric Digital Subscriber Line. Es una tecnología de compresión de las señales de datos creada por la compañía AT&T, que proporciona alta velocidad de transferencia de datos en el actual par de hilos de cobre.
17 El sistema consiste en un almacén de datos de CM (Continuous Media) del que toma los datos el Servidor de VOD que los retiene en un buffer propio y distribuye adecuadamente a los buffers de los distintos clientes. (16) La existencia de buffers en cada cliente es usada para proveer de alguna tolerancia en las variaciones de tráfico en la red y en los índices de consumo de datos.
A continuación se muestra la arquitectura básica de un sistema típico VoD:
Figura 6: Arquitectura básica de un sistema típico VoD.
En sistemas IPTV, los clientes de servicios de VoD disponen entre otros, de una lista de películas, y eventos en vivo, de las cuales puede elegir las que desee (el costo de la misma se le cargará a la cuenta de usuario) para ver en el momento deseado.
1.9 Elementos de un sistema IPTV.
En un sistema IPTV común podremos identificar los siguientes bloques principales:
Head End (HE) ó cabecera.
Sistema de Video bajo Demanda (VoD).
Middleware (MW) o Mediador.
Sistema de control de derechos (DRM, Digital Rights Management).
Set Top Box.
Home Gateways (HG) o puertas de enlace.
Servidores para la gestión de la red y de las direcciones IP de los STB, por ejemplo, servidores DHCP.
1.9.1 Head End.
Es el conjunto de elementos encargados de las siguientes funciones:
Recepcionar las señales, ya sean locales o desde los satélites.
Desencriptar las señales que se reciban cifradas.
Codificar las señales de audio y video digitalmente incluyendo el DRM (Digital Right Management).
Conformar los streams (flujos) digitales.
Insertar propaganda y sobreimpresos.
18
Multiplexar12 las señales digitales en un único flujo que será distribuido en la red de acceso y transporte IP del operador. Cada canal de broadcast TV conformará un grupo IGMP propio al cual se unirán los STB que los deban recibir.
Implementar la presentación al usuario final de un mosaico de canales.
Posibilitar monitorear las señales en distintos sitios. (16)
Está constituido por antenas para recepción satelital, los receptores, los servidores de codificación / transcodificación, el sistema de ajuste de ancho de banda del flujo de información, y los equipos de encaminamiento que conforman los streams a insertar en la red de un operador13.
1.9.2 Servidores de Video.
Estas entidades son las que almacenan la información (archivos de video) que luego se distribuirá a los distintos clientes. Es un componente opcional del Head End. Son necesarios para dar soporte a los servicios de VoD, Near VoD, y PVR, no así para los servicios en los que se transmiten señales de broadcast como canales de TV, programación en vivo, entre otros, provenientes por ejemplo de un satélite. Deben poseer una gran capacidad de almacenamiento ya que deberán almacenar todas las películas y demás medios que serán puestos a disposición de los suscriptores. En general el almacenamiento se hace en arreglos de discos para brindar redundancia.
1.9.3 Middleware.
El Middleware es una plataforma de gestión de aplicaciones que interactúa con la red de acceso , el Head End y los STBs para permitir el aprovisionamiento y la distribución de servicios de televisión interactivos. Es una parte crítica de la solución IPTV extremo a extremo, o sea, constituye una suerte de “cerebro” de la red. Es una plataforma informática que provee las herramientas y tecnologías necesarias a los proveedores de servicios de banda ancha para ofrecer servicios de video haciendo uso de su infraestructura. El middleware interactúa con los STB por lo que ambos deberán contar con aplicaciones diseñadas en la modalidad cliente (en el STB) servidor (en el Middleware).
El Middleware es el responsable de asegurar la completa interoperabilidad del servicio de video. No está limitado a una única operación en el sistema, pero debe ser capaz de comunicarse directamente con cada componente para proveer soluciones de video.En el servicio de VoD, el usuario que desea ordenar una película para ser vista en determinado día y hora, realiza la solicitud al middleware,
12 Se refiere a la acción que realizan los multiplexores de dividir el medio de transmisión en múltiples canales, para que varios nodos puedan comunicarse al mismo tiempo.
13 Operador se refiere en estos casos, a la compañía o institución que ofrece el servicio de IPTV.
19 estableciendo una sesión con éste. El middleware lo autorizará o no en función de la cuenta del usuario o su perfil. En caso afirmativo le ordenará al servidor de video que realice la transmisión de la película en el horario solicitado por el cliente.
Otras de sus funciones son, controlar la autenticación de los usuarios y manejar la información necesaria para la tarificación de los servicios, generando registros de consumo que serán procesados por otra entidad o sistema de facturación del operador. (16)
1.9.4 Sistema de Control de Derechos y de Acceso Condicional (DRM/CAS, Digital Rights Management/Conditional Access System).
En la actualidad es prácticamente imprescindible que una solución de IPTV cuente con un sistema de DRM (Digital Rights Management). Este sistema podría ser aplicado a los servicios VoD, AoD (Audio on Demand), broadcast TV y otros contenidos bajo demanda (ya sean almacenados o en vivo), de modo que se prevea la copia de la información digital y su posterior distribución.
El DRM implica un cierto cifrado del contenido multimedia, el cual luego puede ser reproducido si el receptor cuenta con la licencia correspondiente. La licencia es básicamente la clave para desencriptar el contenido, esto evita la copia del contenido digital que se distribuye, puesto que el mismo nunca deja de estar cifrado por medio del DRM. Si un suscriptor copia el contenido digital que recibe a otra persona, si ésta no cuenta con la clave para desencriptar el contenido no podrá reproducirlo en su sistema. (16)
1.9.5 Set Top Box (STB).
Estos son dispositivos de terminales de abonado, los cuales serán los que adapten las señales provenientes de la red de datos en señales visibles en un televisor convencional. Los STB presentan una interfaz Ethernet hacia la red de datos, que en general estará conectada al módem ADSL. En algunos casos los propios STB cuentan con el módem ADSL integrado. A su vez esos STB presentan una interfaz RCA o coaxial hacia el televisor, algunos además cuentan con interfaces de datos hacia el usuario.
Por lo general cuentan con un control remoto mediante el cual se seleccionan las distintas opciones, programación, por citar algunas, y en algunos casos incluyen o se les puede agregar un teclado inalámbrico el cual es útil en caso de realizar navegación en Internet desde la TV. Este STB, debe manejar el protocolo IGMP, ya que cuando se desea cambiar de canal se envía un mensaje IGMP denominado “Leave Group”, en español dejar canal, hacia su servidor IGMP más próximo, y luego le enviará un mensaje llamado “Join Group” o en español unirse a un canal, con la dirección de
20 multicast del nuevo canal deseado, la cual obtiene de una lista que le envía el middleware al reiniciar el STB, y que es periódicamente actualizada.
Cuenta con un pequeño procesador el que corre una aplicación llamada EPG (Electronic Program Guide) generalmente sobre plataformas Linux o Windows. Ésta es la que da soporte para aplicaciones como un navegador de configuración del servicio, suscripción a canales, orden de películas en servicio de VoD, visualización del catálogo de películas, y control de acceso. (16)
1.9.6 Home Gateways.
El gateway es normalmente un dispositivo configurado para dotar a las máquinas de una red local (LAN) conectadas a él de un acceso hacia una red exterior, generalmente realizando para ello operaciones de traducción de direcciones IP (NAT: Network Address Translation). Esta capacidad de traducción de direcciones permite aplicar una técnica llamada IP Masquerading (enmascaramiento de IP), usada muy a menudo para dar acceso a Internet a los equipos de una red de área local compartiendo una única conexión a Internet, y por tanto, una única dirección IP externa. (16)
1.9.7 Servidores para la gestión de la red y de las direcciones IP de los STB.
Estos servidores son los encargados de gestionar cada uno de los elementos de la red y además son los encargados de asignar las direcciones IP dinámicas a los STB, para su correcto funcionamiento. (16)
1.10 Principales funcionalidades de un sistema IPTV.
A continuación se describen una serie de funcionalidades que son comunes en los sistemas IPTV:
Guía electrónica de programación (EPG).
Sistema de menús para la selección, búsqueda y compra de los videos bajo demanda.
Sistema de grabación de video (PVR).
Sistema de Time Shift TV (TSTV).
Capacidad de presentar las señales (canales en vivo) en mosaico.
Un sistema para control parental, y para compra de servicios como el de Video/Audio a demanda.
Contenidos con audio de alta calidad.
Servicios interactivos desarrollados por el operador o terceras partes que interactúan con el operador por medio de interfaces abiertas.
Otros servicios interactivos como: multilenguaje (subtítulos y audio), compras, integración con otras plataformas de mensajería, capacidad de navegación por Internet en el TV, y videoconferencia.
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1.10.1 Guía Electrónica de Programación (EPG, Electronic Program Guide).
La guía electrónica de programación (EPG) es una agenda donde se presenta la programación prevista de los canales en vivo contratados. El alcance de la misma en general llega a ser hasta aproximadamente 14 días en adelante. Además de sustituir la revista mensual que se envía a los clientes con esta información, esta facilidad agiliza el cambio de canales y brinda una opción al zapping (cambio de canal).
Su presentación es configurada a medida por el operador, resultando en que a ésta se le puede ajustar a un diseño propio incluyendo publicidad o promociones. Navegando el EPG se puede acceder a detalles de la metadata14 de los programas actuales, pasados o futuros: duración, género, origen, director, actores entre otras cosas. (16)
Figura 7: EPG de Microsoft TV.
1.10.2 Grabación de Video personal (PVR, Personal Video Recorder).
El PVR, permite a los suscriptores del servicio de IPTV la grabación de programas en vivo para luego ser reproducidos posteriormente emulando las funcionalidades de un video grabador. Durante la reproducción se dispondrá las funciones de Play, Pause, Stop, REW (reversa, proveniente del inglés Rewind), FF (avance rápido, del inglés Fast Forward). Esta facilidad puede estar integrada al EPG, en ese caso se podrá programar la grabación marcando uno o más programas anunciados en la guía para ser almacenados en su momento de emisión. Por otra parte es útil que se disponga de un acceso rápido desde el control remoto para el comienzo de grabación en forma inmediata. (16)
1.10.3 Pagar por Ver (PPV, Pay Per View).
Mediante el PPV se brinda a lo suscriptores la facilidad de contratar la posibilidad de ver un programa en particular. Es una característica que generalmente es utilizada para eventos deportivos o conciertos que están siendo emitidos en vivo. La modalidad conjuga características de transmisión
14 Son datos que describen a otros datos.
22 de TV en vivo y exige una contratación del contenido como en los casos de VOD o NVOD (Near VoD). (16)
1.10.4 Time-Shift TV (TSTV).
El TSTV o pausa de TV en vivo es una novedosa funcionalidad que permite “congelar” una imagen de un programa en vivo o repetir (Replay) alguna escena que fue reproducida recientemente. Luego de la Pausa o Replay se pude continuar viendo el programa que se está transmitiendo en vivo pero desfasado en el tiempo de acuerdo a la duración de la pausa o replay que se hubiera hecho. Esta funcionalidad en general es accedida con un botón de acceso rápido del control remoto del STB.
Para implementar el TSTV se almacena en discos rígidos (en los STB o en una granja de servidores, dependiendo de la modalidad de trabajo que se hubiere elegido) un tiempo estipulado de la programación en vivo que se esté presenciando. Esa “porción de historia” de programa permitirá realizar un replay de lo ocurrido como máximo en ese tiempo almacenado o permitirá que durante la pausa o reproducción de replay se almacenen las escenas que se continúan emitiendo en el canal en vivo.
Cuando se reanuda la reproducción del programa, se continuará viendo el mismo donde se dejó. De aquí en adelante la programación emitida se almacena y se reproduce desplazado en el tiempo lo almacenado un tiempo atrás. Se puede disponer de la facilidad de adelanto para regresar a la reproducción en tiempo real. (16).
Para brindar todas estas funcionalidades, se hace necesario contar con la infraestructura adecuada, dígase tanto de red como de recursos hardware en general, para poder hacer un uso eficaz del ancho de banda y que el usuario nunca perciba retardos en la reproducción de video ni ruido en la señal, que afecten la calidad de servicio y de experiencia que caracterizan estos sistemas IPTV.
1.11 Características de la red de acceso de los suscriptores.
1.11.1 Acceso ADSL.
Estos servicios de transmisión de video y multimedia, en general serán soporta dos sobre accesos de banda ancha ADSL o ADSL2+15, sobre el par de cobre actual que llega al sitio del cliente. Se pueden alcanzar velocidades máximas de bajada teóricamente de 8 Mbps en el caso de ADSL y de 24 Mbps en el caso de ADSL2+, lo que en la realidad se ve disminuido por efectos tales como
15 ADSL2+ es una evolución del sistema ADSL y ADSL2 que se basa en un aumento del espectro frecuencial.
